名問の森電磁気10番です。お願いします！！ (5)までは理解しているのですが、(6)がわかりません。保存則の等式で、右辺の電位が0になる理由がわからないです。確かに、点電荷A、Bからなる電位は点Oでは0なのでしょうが、一様電場からの静電気力は右向きですので、左に行くほど位置... 続きを読む

F=qE[N] の力を受ける。正電荷はEと同じ向きの力を, 負電荷は逆向きの 電気分野の基礎は何といってもクーロンの法則だが, 実用上は電場(電界)Eと 38 電磁気 10 静電気 +Q[C)の点電荷をA点に, -Q(C) の点電荷をB点に固 定する。AB間の距離は21 [m]であり,ABの中点をO とし、0点からL[m]離れた ABの垂直2等分線上の点を Cとする。クーロンの法則の 比例定数をk [N.m'/C°] と 無限遠を0[V]とする。 0点とC点での電場(電界)の向きと強さをそれぞれ求めよ。 (210点の電位と, 線分OBの中点Mの電位を求めよ。 ta[C]の電荷をもつ質量m[kg]の小球PをM点に置き, 静かに 横す。 Pが0点を通るときの速さを求めよ。 次にPをC点に置き, 線分ABに平行に一様な電場をかける。する と、Pに働く静電気力は, 一様な電場をかける前に比べて, 向きが逆 転し大きさが半分となった。 (一様な電場の向きと強さを求めよ。 PをC点からM点まで静かに移動させた。この間に外力のした仕 事を求めよ。 C +Q 0 M A B M点でPを静かに放すと, Pは左へ動き出し, やがて0点に達し、 一瞬静止した。 このことからLを1で表せ。 Level (1) 0 : ★★ C:★ (2)~(4) ★ (5)★ (6)★★ Point & Hint 電位Vが重要な役割りを果たす。 その

問題とは直接関係ないのですが、(7)の図のx1→x3→x4で、等速度運動しないのはなぜか教えて頂けませんか？ 静電気力が小さくなることで、x1以降は摩擦力が静電気力と釣り合うようになり、加速度が0になることから等速度運動する、という風にはならないのでしょうか？

(1) nまでは等速度運動だから、力がつり合う。点Oから離れるにしたが。、 て左向きの静電気力 qEが増し、それに応じて静止摩擦力が右向きに地」 ていく。やがて、おでは最大摩擦力umg に達する。そこでの電場の強さ E= より 電気 13 静電気·単振動 47 HE 13 静電気·単振動 水平右向きにx軸をとり,原点を0 電場 電場 とする。水平方向に -ax で表される -出mg aq q*a =mg 電場(電界)をかける(xは座標で, aは 図P 正の定数)。そして,水平右向きにベ ルトを一定の速さで動かす。正電荷q は向きを含めて 一g"axと表せる(ばねの弾性力と類似)ので ド=-aqx + mmg ベルト (2) Pはベルトに対して左へ滑るので、動摩擦力は右向きに働く。静電気。 を帯びた質量 mの小物体Pを点Oの位置でベルト上に置くと,Pは F=-aq (x-mg) aq (3) 上式を変形すると ベルトに対して滑ることなく動き始めた。Pとベルトの間の静止摩 これよりPはェ= mg(< x)を振動中心として単振動をすることが aq 擦係数をL, 動摩擦係数を μ(<μ)とし, 重力加速度をgとする。 ベルトは帯電しないものとする。 分かる(復元力の比例定数K=aq)。 もちろん。振動中心で最大の速さとなるので 出mg aq Pはやがて位置:x=(1) ]で滑り出す。 その後のPに働く合力F は,Pの位置xを用いて, F=(2) (4)単振動のエネルギー保存則(Fエッセンス(上)p79)より と表せる。Pはx=bで一瞬 静止した後,左へ戻り, 位置 x2=D (3)で最大の速さ Um=L(4) となる。x=bから x2に至るまでの時間は カ=D(5) である。その 後,Pは x =(6) で再び一瞬静止し, 右へ動くが, x4=(7) でベルトに対して静止し, 再び滑り出すまでには, ベルトの速さを (関西大+大阪大) K(b-xx)?= るV | aq = (b-mg aq V aq m (5) 右端から振動中心に移るまでの時間だから、周期Tの一である。 m- m Vとすると,tz=(8)の時間がかかる。 (6) は左端で、振幅A=b-xだけ、 中心xxの左側にあるので(次図を 参照) =-A= 2xーb=mg なお,(4)は、。=Ao =(bーx)·2x/Tとして求めてもよい。 Level(1), (2) ★ (3)~(6) ★ (7), (8) ★★ ーb aq 会 ( (7) Pは左端から右へ向かって速さを増していく。次図のように, ベルトの 速度Vと同じになるのは, 単振動の対称性から(ベルトに対して滑り始め た)位置xと振動中心をはさんで同じ距離だけ左に離れた位置 xx となる。 Point & Hint 力学としては,ばねに付けられた物体の, 動くべ ルト上での運動と同等である。 自然長 ma P V (2) Pはペルトに対して左へ滑る。 すると動摩擦力 の向きは…。 ベルト V Oms (3)~(6) (2)の合力Fの式から運動 (地面に対する運 動)が確定する。そして,いろいろな量が求められる。ん (7) Pの速度がベルトの速度と一致するのは…。 それまでの運動のもつ対称性 0 を利用したい。 単振動のエネルギー保存則で考えてもよい。振動中心から同じ距離だけ 離れた位置での単振動の位置エネルギーは等しいから, 運動エネルギーが (つまり速さが)等しい。 次図より . = 2xーx= aq mg (2h-) X- = Xー A A 左端 中心 右端 b -V ロー 赤点線は単振動 黒点線は等速V (8) xに達するまでは, Pはベルトに対して左へ滑り, (2)の「Fに従う単振 動であったが、いったんベルトに対して止まると,静止摩擦力に切り替わ り,Xに達するまではベルトと共に等速Vで動く。 ね= 2(x- x) V X-X 2mg ミ) agV

この説明の2つ目のAの発言にある 「CとGはAよりE0だけ電位が低く等電位」 ありますが、点Cの電位が下がるイメージは何となくできるのですが、下の電池があるだけでG点の電位が下がるイメージができないです。 どいう風に考えたらいいのでしょうか？ 回答して頂けると助かります... 続きを読む

Q 電位差計で,下の電池 E, があるのに, 電電流が流れないのか変に思えてし たないんです。 Q&A E。 A 電池があればいつも電流を流すと思ってるんだね。 そうとは限らないんだ。簡単な例が右のケース。2つ は同じ電圧の電池だから, スイッチを入れても電流が 流れないでしょ。 E。 Q とはいえ…, 電位差計で説明してもらえませんか。 A まず,スライド接点を切り離しておこう (右図)。当然 E。には電流が流れていない。 そして, AC間の電位降下が E。に等しい 点Cを探す。CとGはAよりE。だけ電 位が低く,等電位だね。さあ, CとGを 結んでみよう。何が起こる? I A B -E。 C E。 電流は0 G 「等電位の2点を結んでも何も起こらない」 というやつですね。 結局, E。 の電池には電流が流れないままなんだ。 Q すると, そんな点Cは AB上で 1点しかないんですね。 A その通り。しかも AB間の電圧は E。より大きくないといけないことも分か るでしょ。

なんでAに対するBの相対速度を考えるのか教えてほしいです！！ 全然思いつきませんでした。

19 なめらかな水平面 S., S, と鉛直面 A S. からなる段差のある固定台がある。面 S。 上に, 質量Mの直方体Aを面 S。 に接す 3るように置く。Aの上面はあらく,その高 さは面 S,の高さに等しい。質量 m の小物 体BとAの間の動摩擦係数を とし, 重力加速度をgとする。いま, | Bを初速ひ。で水平面 S, 上から, Aの上面中央を直進させたところ, A は運動をはじめ, ある時刻t。以後,両物体の速さは等しくなった。 BがA上に達した時刻をも=0とする。時刻oより以前の時刻をにおけ B 00 O S」 S。 A S2 で,Aの速さは (2) である。は(3) で るBの速さは そのときの速さは (4)である。また, BがA上を進んだ距離しは である。 (岡山大)

5でDの電場を求めるのに、E0cosθ×2とありますが、×2はどこからきたのでしょうか？

EX xy 平面上の点(-a, 0) にーQが, 点 (a, 0)に+Qが置かれている。 次の点で B +Q の電場(電界)を求めよ。 A A(2a, 0), O(0, 0), B(0, a) 解 +10が受ける +Qからの力を実線で, -Q からの力を点線で示す。 B (2a kQ__kQ a? 8kQ 9a° A +x方向 三 a 45° (3a)? kQ」kQ_2kQ,-x方向 a? 2 A 0 a 0 a? a° ●は+1C kQ -cos 45°×2=D V2a B kQ lx方向 C<矢印を描くのが先決 (/2 a) 5* Exで次の点の電場を求めよ。 C(-3a, 0), D(0, y), F(a, a)。ただし, 点Fはx, y成分, Ex, E,に分けて答えよ。

(2)がわかりません。

104 極板 A, Bからなるコンデンサーがあり, 電荷Q[C]が充電されている。極板は一辺の長 さが1[m]の正方形で, 極板間隔はd[m]であ る。極板間は真空で,電場(電界)は一様とし, 真空の誘電率を eo[F/m]とする。 A, B間に,図2のように誘電体を挿入する。 誘電体は一辺1 [m]の正方形で, 厚さd[m], 比誘電率 e,である。誘電体をx [m]だけ挿入し たとき,誘電体部分の電気容量は (1) A B d] 図1 +Q A X B d -Q であり,真空部分の電気容量は [F]だ 図2 から,全体での電気容量は [F]となる。

どうして(1)の動摩擦力は左向きなのですか？縮んでいるので右向きではないのですか？

Pに水平方向にはたらく力は, ばねの弾性力, 動摩標力, QがPを押すカげであり, Qに水平方向に はたらく力は,PがQを押すカのみである。 それぞれについて運動方程式を立てる。 (3)では, QがP 44 第4章運動の法則 のここがポイント Pに水平方向にはたらく力は、ばねの弾性力, 動摩擦力, QがPを押す力であり、Qに水平方向に はたらく力は, PがQを押す力/のみである。 それぞれについて運動方程式を立てる。 (3)では, Oが を離れるのはf=0 となるときである。 90 (1) Pには, 右向きにばねの弾性 縮み xo一* 0 力k(xo-x), 左向きにQからの + カfと動摩擦カμ Mg がはた らき、Qには, 右向きにPから の力子がはたらく。それぞれに ついて運動方程式を立てると, 1 Pには鉛直下向きに重力 Mg, 鈴直上向きに垂直抗が Nがはたらき,これらがっ あっているので Ko NA >a P 'R (x0-x) N=Mg これと「F'=μ'N」より, 目 摩擦力の大きさはμ'Mgと なる。 .SA Mg Pについて Q >a Ma=k(xo-x) f lo。 ーfーu'Mg 0 Qについて ma=f (2) の式+の式より (M+m)a=k(xo-x)-μ'Mg _k(xo-x)-μ'Mg M+m よって a=- これをの式に代入して f= m{k(xo-x)-μ'Mg} 3 M+m D08:0 (3) f=0 となるとき, QがPを離れる。すなわち, ③式より k(x-x)-μMg=0 kxo- kx-μ'Mg=0 8.0×トS LMg k よって x=X0

この問題はこれで正解ですか？（３枚目が模範解答です。 また、力の名称の記入は問われていません。）

17 積み木が4段に積まれている。灰色の積み木に働いて いる力を図示せよ。 Q&A

(1)からわかりません。なぜ仕事が0になるのでしょうか

の 原点に点電荷+Qを固定しておく。 クーロンの法則の比例定数をkとする。 ト (h.-) し、 B 2a +q +Q a Ca (i)点A(2a, 0)から点B(0, 2a) まで+qを運ぶ外力の仕事WABはいくらか。 (i)点A→原点→点Bと +9を運んだ場合の外力の仕事WAOBはいくらか。 (m) 点Aから点C (a, 0) まで運ぶ外力の仕事W.cはいくらか。 また電気力の 事W'Acはいくらか。 (iv)()で手を放すと +q(質量m)は点Aを速さかで通過した。 ひを求めよ。 ()WAg-0 (1) Waegこ0 () Weこ Wacニ- 0 2の 2の V) V- * ma

⑴の問題でなんで誘導起電力がbからaの向きって分かるんですか？

529. 磁場中を運動する導体棒● 鈴直上向きに磁束密 度B[T]の一様な磁場中で,水平面内に置かれた長方 形 ABCD の導線上に,導体棒 abを AD, BCと垂直 に置き,一定の速さ o[m/s]で右向きに引く。 AB=CD=I[m]で, AB間とCD間には抵抗R[Q]が ある。なお,棒と導線の間に摩擦はないとする。 (1) 棒abが一定の速さで動いているとき, ab 間を流れる電流の大きさを求めよ。 (2) 棒ab を一定の速さひで動かすときの, 外力の大きさを求めよ。 B 4B(T] b C R(Q) Cm/s) R(Q) A a D 例題73 第切章超駅